MA a larga banda stampato in 3D assorbitore di metamateriale per assorbire efficientemente la radiazione elettromagnetica

Ci sono state molte ricerche sui metamateriali di stampa 3D nel corso degli anni – grazie alle loro proprietà uniche , sono state utilizzate per realizzare qualsiasi cosa, dalle cuffie e modelli di valvole cardiache alle serrature e agli ologrammi acustici , e forse un giorno anche i nostri mantelli dell’invisibilità. . Ma dieci anni fa, l’assorbitore di metamateriale (MA), un tipo di metamateriale dalle dimensioni compatte e una configurazione sottile pensata per assorbire efficientemente la radiazione elettromagnetica, è stato presentato per la prima volta. Da quel momento, ci sono stati numerosi altri MA, comprese le varietà dual-, triple e multibanda e la banda larga MA.

A causa del suo elevato assorbimento, le MA a banda larga sono molto richieste per le applicazioni di rilevamento, rilevamento non distruttivo e imaging. Ci sono alcuni modi per aumentare la larghezza di banda di assorbimento per le MA a banda larga, ma è ancora difficile produrli.

Un team collaborativo di ricercatori della China  Hefei University of Technology , della Beijing University of Chemical Technology e della Space Star Technology Co. Ltd. ha recentemente pubblicato un documento dal titolo ” Assorbitori metamateriali a banda larga basati sulla plastica conduttiva con tecnologia di produzione additiva “, che spiega la loro sviluppo di un MA a banda larga basato su plastica conduttiva stampata in 3D.

Credono che il loro nuovo metodo sia la prima dimostrazione di un MA a larga banda stampato in 3D.

L’abstract recita: “Questo documento propone un assorbitore di metamateriali (MA) a banda larga e insensibile alla polarizzazione basato su plastica conduttiva trattabile, che è compatibile con una tecnologia di produzione additiva. Forniamo il design, la fabbricazione e il risultato della misurazione dell’assorbitore proposto e ne analizziamo il principio di assorbimento. Le caratteristiche prestazionali della struttura sono dimostrate numericamente e sperimentalmente. I risultati della simulazione indicano che l’assorbimento di questo assorbitore è maggiore del 90% nell’intervallo di frequenza di 16,3-54,3 GHz, corrispondente alla larghezza di banda di assorbimento relativa del 108%, dove si ottiene un alto tasso di assorbimento. Ancora più importante, questa struttura di produzione additiva fornisce un nuovo modo per la progettazione e la fabbricazione di MA a banda larga. ”
La stampa 3D offre costi contenuti, alta efficienza e praticità, ma quando si tratta di realizzare MA a banda larga con la tecnologia, manca una pellicola ad alta resistenza adeguatamente stabile e trattabile, poiché i materiali tipici utilizzati non funzionano con il 3D stampa. Ma il team ha pensato che l’ampiezza di banda di assorbimento dell’MA potesse essere aumentata utilizzando plastica altamente conduttiva.

“La struttura proposta offre nuove opportunità per la progettazione e la fabbricazione di MA a banda larga”, hanno scritto i ricercatori.
La banda larga proposta della squadra è composta da uno strato di plastica conduttivo modellato incorporato in uno strato di PLA, il cui fondo è ricoperto da una pellicola di rame.

“Innanzitutto, uno strato di PLA con scanalature è stampato in 3D”, hanno scritto i ricercatori. “Successivamente, le plastiche conduttive modellate sono state collocate in queste scanalature, e quindi il PLA viene continuamente stampato sopra le plastiche modellate per sigillarle. Infine, il rame viene incollato sulla superficie inferiore dello strato di PLA. ”
Una volta verificato che l’MA avrebbe funzionato, hanno testato il suo spettro di assorbimento, che è maggiore del 90% da 16,3 a 54,3 GHz. L’assorbitore ha uno spessore sottile e un’elevata assorbenza, oltre a un’insensibilità alla polarizzazione. I ricercatori hanno utilizzato simulazioni numeriche dell’assorbitore per dimostrare il suo meccanismo, l’efficienza e la perdita di superficie sia per lo strato di rame che per lo strato di plastica conduttivo, l’ultimo dei quali “contribuisce alla maggior assorbimento di assorbimento dell’assorbitore per entrambe le modalità di risonanza”.

I ricercatori hanno spiegato, “Quindi, lo strato di plastica conduttivo gioca un ruolo importante nell’assorbimento della banda larga.”
Impostazione della misurazione.
Il progetto è stato verificato in un esperimento di spazio libero ei ricercatori hanno utilizzato due antenne a tromba, collegate a un analizzatore di rete, misurando le caratteristiche di prestazione del campione nell’intervallo di frequenza 18-40 GHz. Questo ha dimostrato che il loro design MA ha raggiunto “un buon accordo tra i risultati simulati e misurati”.

Il team di ricerca ha dimostrato che è possibile risparmiare denaro e semplificare le cose grazie alla stampa 3D di un MA a banda larga efficace e ad alte prestazioni basato sulla plastica conduttiva. La loro strategia di progettazione ha anche reso la struttura stampata in 3D insensibile alla polarizzazione delle onde.

“Questo studio dovrebbe rivelare le potenziali applicazioni della tecnologia di produzione additiva nella realizzazione di assorbitori di onde elettromagnetiche a banda larga “, hanno concluso i ricercatori.
I coautori del giornale sono Yujiao Lu, Baihong Chi, Dayong Liu, Sheng Gao, Peng Gao, Yao Huang, Jun Yang, Zhiping Yin e Guangsheng Deng.

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